■ 屈毅

隨著我國鐵路GSM-R通信網(wǎng)的建設和逐步投入使用，鐵路專用通信技術(shù)取得了巨大進步，承載了越來越多的業(yè)務。其中，鐵路通用分組無線服務業(yè)務（GPRS）網(wǎng)絡承載的多種專用通信業(yè)務是我國鐵路的創(chuàng)新點，將移動通信、IP通信、移動IP等通信領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展方向與鐵路專用通信緊密結(jié)合，并針對鐵路業(yè)務進行優(yōu)化，為鐵路運營提供了更好的技術(shù)保證。

在GPRS網(wǎng)絡中，IP地址分配方式、路由策略、接入點（APN）策略等分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP）激活過程中的基本方式和傳輸中的路由選擇對承載的GPRS業(yè)務的部署、使用方式產(chǎn)生影響。

1 移動終端IP地址分配方式

移動終端獲得IP地址是移動終端進行IP通信的基礎。在GPRS通信流程中，終端用戶獲得IP地址的方式對業(yè)務的運用模式、性能等有影響。

1.1 固定IP地址分配方式

固定IP地址分配方式指每個終端用戶始終使用固定的IP地址。終端用戶的身份通常使用終端設備標識（IM EI）和終端用戶標識（IM SI），IM SI有更完善的鑒權(quán)系統(tǒng)和設備支持，通常將終端用戶的IM SI值作為用戶的唯一標識。這種方式可通過在歸屬位置寄存器（HLR）中對用戶進行IP地址分配。終端IP地址分配流程（PDP激活過程）見圖1。

1.2 隨機動態(tài)IP地址分配方式

隨機動態(tài)IP地址分配方式指終端用戶每次做PDP激活時，請求不同IP地址。動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）最終實現(xiàn)IP地址隨機分配。隨機動態(tài)IP地址分配通信流程見圖2。

1.3 動態(tài)IP地址固定分配方式

動態(tài)IP地址固定分配方式指使用動態(tài)申請方式獲取IP地址，增加了用戶名認證。RADIUS設備是實現(xiàn)按用戶名/密碼認證實現(xiàn)IP地址分配的設備。當終端用戶使用同樣的用戶名/密碼仍可每次獲得相同的IP地址。動態(tài)IP地址固定分配通信流程見圖3。

圖1 終端IP地址分配流程示意圖

圖2 隨機動態(tài)IP地址分配通信流程示意圖

1.4 增強型動態(tài)IP固定分配方式

在上述動態(tài)IP固定分配方式基礎上，可引入身份認證功能。在使用用戶名/密碼認證請求IP地址時，增加用戶的M SISDN號認證，用以保證用戶名/密碼不會被冒用。

1.5 IP分配方式比較

上述4種IP地址分配方式中，使用HLR實現(xiàn)固定IP方式對HLR和業(yè)務支持節(jié)點（SGSN）有一定要求，其靈活性差，鐵路GPRS網(wǎng)絡很少使用。隨機動態(tài)IP地址分配方式簡單、靈活性好，便于分散布置，使用本地網(wǎng)關(guān)業(yè)務支持節(jié)點（GGSN）完成PDP激活的APN策略，必須使用隨機動態(tài)IP地址分配方式。由于尋址困難，隨機動態(tài)IP地址分配很難實現(xiàn)由網(wǎng)絡側(cè)發(fā)起的通信流程。動態(tài)IP地址固定分配方式由于固定了IP地址與用戶的對應關(guān)系，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡側(cè)發(fā)起的通信流程。增強型動態(tài)IP固定分配方式增加了IP地址分配時的安全性，但降低了配置的靈活性。

2 APN的使用策略

在IP地址分配方式流程中可以看到，PDP激活過程中有一個步驟是SGSN通過APN識別對應的GGSN。使用不同的APN策略，決定了終端用戶完成激活以后的通信路由。

2.1 使用歸屬GGSN

在使用歸屬GGSN的策略時，終端用戶使用特定的APN，用以標示歸屬的GGSN。用戶移動到SGSN下的任何地點時，均要在歸屬局的GGSN上完成PDP激活。數(shù)據(jù)配置是在域名服務器（DNS）中將該APN的解析地址指向?qū)腉GSN。使用歸屬GGSN的APN策略通信流程見圖4。

2.2 優(yōu)先使用本地GGSN

使用本地（或最近）GGSN的APN策略指終端使用的APN全部一樣，接入無線網(wǎng)后SGSN將該終端的PDP激活請求指向本地（或最近）GGSN。終端用戶移動到一地時，是在當?shù)氐木W(wǎng)絡設備中完成PDP激活，不與終端設備的歸屬地網(wǎng)絡發(fā)生通信。這種策略下，相同的APN對應不同的GGSN地址，不能由統(tǒng)一的DNS進行地址解析。需要由SGSN自行實現(xiàn)解析，將APN解析到指定的GGSN地址，通常使用本地（或最近）的GGSN。

2.3 使用唯一GGSN

使用唯一GGSN的APN策略是指無論用戶在什么位置，均會回到一個唯一的GGSN中完成PDP激活。終端用戶的APN配置完全一樣，網(wǎng)絡中也只有一個GGSN進行對應的APN配置。在DNS中只需對這個APN做一條解析數(shù)據(jù)即可。使用唯一GGSN的APN策略通信流程見圖5。

2.4 不同APN策略的比較

不同的APN策略對終端的通信路由影響很大。APN策略的選擇受終端IP地址分配方式和業(yè)務需求影響。對使用歸屬GGSN屬性的APN策略，終端用戶無論移動到什么位置，都要使用原歸屬地的GGSN。這就形成了從當前位置的SGSN到原GGSN的長途傳輸需求，如果此時終端用戶還要與當前位置的其他用戶進行通信，則必須通過遠端的GGSN路由，效率上不是最優(yōu)選擇。在鐵路實際運用中，這種通信需求大量存在。使用歸屬GGSN的通信路由見圖6。

圖3 動態(tài)IP地址固定分配通信流程示意圖

圖4 使用歸屬GGSN的APN策略通信流程示意圖

圖5 使用唯一GGSN的APN策略通信流程示意圖

圖6 使用歸屬GGSN的通信路由示意圖

圖6中原歸屬網(wǎng)絡1的終端用戶M S1，在移動到網(wǎng)絡2時，PDP激活的GGSN仍然為原歸屬的GGSN1，此時終端M S1和本地其他的移動終端M S2的通信節(jié)點必須經(jīng)過M S1—SGSN2—長途數(shù)據(jù)網(wǎng)—GGSN1—長途數(shù)據(jù)網(wǎng)—GGSN2—SGSN2—M S2。M S1與本地地面服務器SERVER2的通信節(jié)點必須經(jīng)過M S1—SGSN2—長途數(shù)據(jù)網(wǎng)—GGSN1—長途數(shù)據(jù)網(wǎng)—SERVER2。這種本地通信經(jīng)過長途電路繞行的方式必然帶來通信效率下降。使用全網(wǎng)唯一GGSN方式與使用歸屬GGSN的問題相同。由于終端用戶在本地的GGSN上激活，使用本地GGSN的APN策略可很大程度上提高轉(zhuǎn)發(fā)效率。但使用本地激活方式得到的IP地址不同，與隨機動態(tài)IP地址分配存在的問題相同，終端用戶的路由尋址困難。

3 終端用戶的路由方式比較

鐵路專用通信與公眾移動通信網(wǎng)不同，其顯著的特點是大量的通信需求由網(wǎng)絡側(cè)發(fā)起。由于鐵路各專業(yè)的特點，很多情況下終端通信不是對IP地址訪問，而是對終端用戶域名訪問。對鐵路GPRS來說，從網(wǎng)絡側(cè)發(fā)起通信是必須解決的問題。

3.1 DNS域名解析方式

當終端用戶的IP地址分配方式采用固定或動態(tài)固定方式時，由于使用同樣的IP地址，可在DNS中制作該終端用戶域名與對應IP地址的解析數(shù)據(jù)。其他業(yè)務系統(tǒng)發(fā)起對終端用戶通信時，由DNS設備提供地址解析。

3.2 終端地址注冊方式

當終端用戶完成PDP激活過程，獲取IP地址后，先向?qū)臉I(yè)務系統(tǒng)進行注冊登記，將自身當前的IP地址告知業(yè)務系統(tǒng)的服務器。終端必須先向網(wǎng)絡側(cè)發(fā)起通信，網(wǎng)絡不能先向終端發(fā)起通信。與DNS域名解析方式相比，終端注冊方式省略了DNS網(wǎng)元，同時可使用隨機動態(tài)IP地址分配方式。

3.3 動態(tài)域名注冊方式

動態(tài)域名注冊方式結(jié)合了隨機動態(tài)IP地址分配方式和DNS終端域名解析方式的靈活性。終端用戶完成PDP激活，得到隨機動態(tài)分配的IP地址后，由DHCP設備向DNS設備發(fā)送一條動態(tài)域名添加數(shù)據(jù)，將設備域名和終端當前的IP關(guān)聯(lián)起來。無論終端用戶在任何地方使用任何IP地址，業(yè)務系統(tǒng)都可以使用域名對該終端發(fā)起通信。動態(tài)域名注冊方式使用靈活，但增加了由DNS注冊失敗帶來的風險，目前不宜在與安全相關(guān)的業(yè)務上采用。

4 不同業(yè)務的策略優(yōu)化

鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特點是輕載高冗余，長途傳輸原則上不會產(chǎn)生流量擁塞，對時延和丟包影響較小。為此，業(yè)務采用的地址和路由策略不將這一點作為最重要因素考慮。

（1）與行車指揮相關(guān)的鐵路業(yè)務。由于機車全國運行，同時又歸當?shù)氐倪\輸管理部門指揮，而運輸管理部門的業(yè)務系統(tǒng)是以機車號為目標。對此類業(yè)務需求，使用動態(tài)IP地址固定分配方式、歸屬GGSN的APN策略、DNS域名解析的方式進行系統(tǒng)配置，忽略長途傳輸帶來的影響，保證通信系統(tǒng)配置的安全可靠。

（2）與行車相關(guān)的監(jiān)控系統(tǒng)。機車為全國運行，但監(jiān)控中心可能是全國統(tǒng)一設置，也可能是鐵路局設置。當監(jiān)控中心是全國統(tǒng)一設置時，適合采用動態(tài)IP地址固定分配方式、唯一GGSN的APN策略、終端地址注冊方式。當監(jiān)控中心是鐵路局設置時，適合采用動態(tài)IP地址固定分配方式、帶不同GGSM屬性的APN策略、終端地址注冊方式。

（3）與行車無關(guān)的業(yè)務系統(tǒng)。由于此類業(yè)務多為固定終端，只與本局的業(yè)務系統(tǒng)發(fā)生通信，適合隨機動態(tài)IP地址分配方式、本地GGSN的APN策略、終端地址注冊方式。

（4）同一列車上不同設備或不同列車間通信的業(yè)務系統(tǒng)應盡量減少傳輸繞行，適合隨機動態(tài)IP地址分配方式、本地GGSN的APN策略、動態(tài)域名注冊方式。